随着微波技术的不断进步, 提升本振信号源的频率稳定度及相位噪声指标的需求尤为迫切。光电振荡器技术因具备极低的相位噪声以及良好的频率拓展性吸引了研究人员的广泛关注。但光电振荡器内部的长距离光纤大量增加了输出信号的边带, 如何解决单模输出与相位噪声之间的矛盾成了光电振荡器领域研究的热点。宇称-时间对称方法在保证输出信号相位噪声的前提下可极大地优化输出信号的边带抑制, 受到国内外研究团队的广泛关注。文章在对宇称-时间对称光电振荡器的工作原理和特性进行阐述和分析的基础上, 对国内外研究团队设计的宇称-时间对称光电振荡器结构和方案进行了总结, 分析比较了各种方案的基本原理及性能指标, 讨论了宇称-时间对称光电振荡器技术的未来发展方向。

微波光子变频与移相技术是微波光子雷达的两个关键技术, 若在实现微波光子变频的同时完成移相, 可以大幅降低微波光子雷达系统的复杂度和体积。本研究基于光电振荡环路提出一种可同时完成微波光子变频与移相的方法, 利用光电振荡环路对基频微波信号进行上变频, 通过改变光电振荡器的输出频率, 实现1.6～21.16 GHz可调谐上变频; 调节可调谐激光器的输出波长, 利用色散补偿光纤的延迟效应等效改变上变频信号的相位, 调谐范围可达50.4°。该方案将微波光子变频与移相技术结合, 在拓展光电振荡器应用范围的同时, 对微波光子雷达的实用化也有一定借鉴意义。

基于电光调制器产生微波信号的倍频方法结构简单、调谐性好、稳定性较高, 为产生毫米波频段乃至太赫兹频段信号提供了一种有效的解决方法。重点介绍了基于电光调制器的几种典型倍频方案与关键技术及其最新研究进展, 综合比较了各个方案的优缺点, 并给出了下一步研究与发展的方向。

将传统方法中伪随机序列发生器与电光调制器产生的光伪随机信号, 替换为光电振荡器产生的光混沌信号。搭建光电振荡器仿真系统, 产生带宽为30 GHz的光混沌信号, 利用1.25 GHz低速模数转换器, 成功地对0~10 GHz频带内的5个频率随机、幅度随机的频域稀疏信号进行压缩采样和信号重构, 并对混沌光子压缩采样的重构性能与传统方法做出详细比较。仿真结果表明,这种混沌光子压缩采样方法可行, 且其重构概率大于传统方法。

为了降低星上通信系统的质量和体积、增强系统的温度稳定性和抗电磁干扰能力, 采用了一个新方法, 将光电振荡器用作星上微波本振源, 产生微波信号, 利用光纤转发, 将微波信号的产生、分配、传输与变频处理融为一个系统, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明,基于光电振荡器产生了11.5GHz的微波本振信号, 通过光纤进行多路转发, 其中第1路信号频率与本振源相同, 相位噪声为-100.5dBc/Hz@10kHz, 第2路信号频率为本振信号的2倍, 相位噪声为-86.6dBc/Hz@10kHz 。与传统电学方法相比, 该方法有显著成效, 可提高转发效率, 减小系统体积和重量, 增强系统抗干扰性和温度稳定性, 提高系统的带宽和微波信号质量、降低卫星通信成本。

为了进一步提高光电振荡器的实用性, 提出了一种基于耦合型电增益环腔的小型化光电振荡器。利用电功分器和放大器构成电增益环腔, 其梳状滤波效应可以有效对光电振荡器进行模式选择, 结合直接调制半导体激光器, 单模光纤和光电检测器, 有效实现了小型化光电振荡器。理论上分析了电增益环腔的基本原理, 并且通过仿真进行了验证。实验中获得了中心频率为12.624 GHz的微波信号, 其相位噪声为-102 dBc/Hz@10 kHz。该方案在结构简单的条件下可以得到质量较高的射频信号, 可以作为光电振荡器实用化的一种解决方法。

为了进一步有效提高光电振荡器的性能,提出了一种基于光电混合双环的高边模抑制比振荡器.利用两级电功分器构成电增益环腔,结合偏振分束器和偏振合束器形成的光纤双环结构,在没有引入外调制器和电滤波器的前提下,得到了高边模抑制比的小型化光电振荡器.实验中光纤长度取110m和2km,获得了中心频率为11.4GHz的微波信号,边模抑制比为60dB,其相位噪声为-103.6dBc/Hz@10kHz.

为研究微波信号光纤传递的性能，提出了一种对相位波动在远端进行抵消补偿的微波信号光纤传递新方法。该方法利用法拉第旋转镜将远端返回的光信号再次返射至远端，对光纤链路因温度、压力变化引入的相位波动通过远端的倍频混频电路进行抵消补偿。理论仿真与验证实验证实了该方法的有效性。在微波调制频率为1 GHz，光纤链路长度为25.2 km的实验中，频率传递的稳定度损失为2×10-12 s-1 和 6×10-17 d-1。此方法优化了本地端的结构，本地端不需要光电光转换，无需设计相位信息的精确测量与实时补偿系统，且光纤链路引入的相位扰动对长期稳定度的影响可以降低约三个数量级。

随着光电振荡器(OEO)技术的飞速发展, 改善光电振荡器的相位噪声成为了一个新的研究和发展方向。文章在对光电振荡器的工作原理和特性进行阐述和分析的基础上, 对降低光电振荡器相位噪声的技术手段和方案进行了总结, 分析了各种方案的基本原理及性能指标。讨论了制约光电振荡器进一步降低相位噪声的因素, 提出了可能的发展方向和改进措施。